Luận án tiến sĩ: Phát triển vật liệu phát quang micro nano và linh kiện quang điện cho chiếu sáng rắn

• Tác giả: Dương Thị Giang
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Quốc Tiến
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Vật Liệu Phát Quang Micro-Nano Cho Chiếu Sáng Rắn
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 0.1.1. Chiếu sáng rắn và nguồn sáng LED
• 0.1.2. Nguyên lý hoạt động của LED
• 0.1.3. Vật liệu phosphor
• 0.1.4. Bộ đèn LED (LED Luminaire)
• 0.1.5. Các đặc trƣng của nguồn sáng LED
• 0.1.6. Linh kiện quang học biên dạng tự do FO (Freeform Optics)
• 0.1.6.1. Khái niệm về quang học biên dạng tự do FO
• 0.1.6.2. Thiết kế, chế tạo và đo lƣờng linh kiện FO
• 0.1.6.3. Ứng dụng của linh kiện FO
• 0.1.7. Ô nhiễm ánh sáng
• 0.1.8. Chiếu sáng lấy con ngƣời làm trung tâm (HCL)
• 0.1.9. Những vấn đề cần giải quyết
• 1. CHƯƠNG II: PHƢƠNG PHÁP, KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG
• 1.1. Tính toán, thiết kế và mô phỏng sử dụng các phần mềm trợ giúp
• 1.1.1. Phần mềm tính toán trợ giúp (Excel, Origin)
• 1.1.2. Thiết kế mẫu sử dụng phần mềm trợ giúp Solidworks
• 1.1.3. Mô phỏng quang học sử dụng phần mềm chuyên dụng Optgeo, Tracepro
• 1.2. Kỹ thuật, công nghệ sử dụng
• 1.2.1. Chế tạo nguyên mẫu linh kiện FO
• 1.2.2. Chế tạo linh kiện FO bằng công nghệ ép phun nhựa nhiệt dẻo
• 1.2.3. Công nghệ đùn ép nhôm (Al Extrution Technology)
• 1.3. Phƣơng pháp đo đạc đánh giá
• 1.3.1. Phƣơng pháp và thiết bị đo đặc trƣng vật liệu, linh kiện
• 1.3.2. Các thiết bị đo đặc trƣng đèn LED
• 1.4. Xây dựng mô hình chiếu sáng
• 1.4.1. Mô phỏng môi trƣờng chiếu sáng sử dụng phần mềm Dialux Evo
• 2. CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐÈN LED TRẮNG CẤU HÌNH REMOTE-PHOSPHOR
• 2.1. Thiết kế, chế tạo bộ đèn LED trắng cấu hình Remote-phosphor
• 2.2. Thiết kế đèn LED trắng cấu hình RP
• 2.3. Thiết kế, chế tạo tấm dẫn sáng RP
• 2.4. Chế tạo đèn LED trắng cấu hình RP
• 2.5. Đo đạc, khảo sát các thông số quang học của bộ đèn LED trắng cấu hình RP
• 3. CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO LINH KIỆN QUANG BIÊN DẠNG TỰ DO
• 3.1. Thiết kế, mô phỏng linh kiện quang biên dạng tự do
• 3.1.1. Thiết kế thấu kính FO. Xây dựng mô hình mô phỏng
• 3.1.2. Mô phỏng độ rọi trên trần nhà
• 3.1.3. Mô phỏng độ rọi dƣới sàn nhà
• 3.1.4. Tối ƣu hoá đa đặc trƣng. Tính toán lý thuyết đƣa ra tiêu chí thiết kế thấu kính FO
• 3.1.5. Mô hình và phân tích lý thuyết. Cách tiếp cận thay thế cho hệ thống chiếu sáng đồng đều
• 3.2. Chế tạo linh kiện quang biên dạng tự do
• 3.2.1. Thấu kính biên dạng bất đối xứng AL
• 3.2.2. Thấu kính góc chiếu hẹp (NAL narrow angle lens)
• 3.2.3. Thấu kính FO cho đèn dụ cá
• 3.3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC BỘ ĐÈN SKYLED TÍCH HỢP THẤU KÍNH FO VÀ XÂY DỰNG MỘT SỐ MÔ HÌNH THỰC TẾ
• 3.3.1. Bộ đèn LED tích hợp thấu kính biên dạng bất đối xứng
• 3.3.2. Bộ đèn SkyLED tích hợp thấu kính AL gắn tƣờng chiếu trần
• 3.3.3. Bộ đèn SkyLED tích hợp thấu kính AL thả trần chiếu sáng gián tiếp
• 3.3.4. Bộ đèn SkyLED tích hợp thấu kính AL và NAL thả trần chiếu 3 phía
• 3.3.5. Bộ đèn LED tích hợp thấu kính AL chiếu bảng
• 3.3.6. Bộ đèn LED tích hợp thấu kính AL chiếu sáng dụ cá
• 3.3.7. Chiếu sáng Dƣỡng sinh 5S (5S Human Centric Lighting)
• 3.4. Xác định các thông số đặc trƣng của môi trƣờng ánh sáng
• 3.5. Xây dựng một số mô hình chiếu sáng thực tế
• 3.5.1. Chiếu sáng phòng họp, phòng học
• 3.5.2. Chiếu sáng căn hộ, nhà ở
• 3.5.3. Chiếu sáng cửa hàng, phòng khám bệnh
• 3.5.4. Chiếu sáng nghệ thuật, tâm linh
• 3.5.5. Bàn học tích hợp hộp sáng chống cận thị
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu phát quang micro nano

Nghiên cứu về vật liệu phát quang micro nano đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ chiếu sáng hiện đại. Vật liệu phát quang này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất chiếu sáng mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực như quang học, điện tử và y tế. Các vật liệu nano có khả năng phát quang mạnh mẽ, cho phép tạo ra ánh sáng với chất lượng cao và tiết kiệm năng lượng. Việc phát triển các vật liệu phát quang này có thể dẫn đến những cải tiến đáng kể trong công nghệ chiếu sáng rắn, đặc biệt là trong các ứng dụng như đèn LED. Theo nghiên cứu, vật liệu nano có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa các tính chất quang học, từ đó nâng cao hiệu suất phát quang và độ bền của sản phẩm. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn tăng cường tính bền vững của các sản phẩm chiếu sáng.

II. Công nghệ chiếu sáng và ứng dụng của vật liệu phát quang

Công nghệ chiếu sáng hiện đại đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ nhờ vào việc ứng dụng các vật liệu phát quang mới. Chiếu sáng rắn với nguồn sáng LED đã trở thành xu hướng chủ đạo, nhờ vào hiệu suất cao và khả năng tiết kiệm năng lượng. Vật liệu phát quang như phosphor được sử dụng để cải thiện chất lượng ánh sáng của đèn LED, giúp tạo ra ánh sáng tự nhiên hơn. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng vật liệu nano trong sản xuất đèn LED có thể nâng cao hiệu suất phát quang lên đến 30%. Hơn nữa, công nghệ chiếu sáng hiện nay còn hướng đến việc phát triển các giải pháp chiếu sáng thông minh, giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và cải thiện trải nghiệm người dùng. Việc áp dụng công nghệ nano trong sản xuất vật liệu phát quang không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

III. Tính chất quang học của vật liệu phát quang

Tính chất quang học của vật liệu phát quang là yếu tố quyết định đến hiệu suất và ứng dụng của chúng trong chiếu sáng rắn. Các vật liệu nano thường có khả năng phát quang mạnh mẽ hơn so với các vật liệu thông thường nhờ vào cấu trúc và kích thước của chúng. Nghiên cứu cho thấy rằng tính chất quang học của vật liệu phát quang có thể được điều chỉnh thông qua việc thay đổi thành phần hóa học và quy trình chế tạo. Điều này cho phép tạo ra các vật liệu phát quang với các đặc tính quang học khác nhau, từ đó đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường. Việc hiểu rõ về tính chất quang học cũng giúp các nhà nghiên cứu phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực chiếu sáng, như đèn LED thông minh và các thiết bị quang học khác.

IV. Tương lai của chiếu sáng với vật liệu phát quang micro nano

Tương lai của chiếu sáng rắn với sự phát triển của vật liệu phát quang micro nano hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đột phá. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc tối ưu hóa các vật liệu nano để cải thiện hiệu suất và độ bền của sản phẩm. Sự phát triển của công nghệ nano không chỉ giúp nâng cao chất lượng ánh sáng mà còn mở ra cơ hội cho các ứng dụng mới trong lĩnh vực y tế, an ninh và công nghệ thông tin. Việc áp dụng công nghệ phát quang trong các thiết bị chiếu sáng thông minh sẽ giúp cải thiện trải nghiệm người dùng và tiết kiệm năng lượng. Hơn nữa, với sự gia tăng nhu cầu về chiếu sáng bền vững và thân thiện với môi trường, các vật liệu phát quang micro nano sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các giải pháp chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng trong tương lai.